不起眼的褐矮星

作者│杜戀

審核│黃堅(jiān)

編輯│趙經(jīng)遠(yuǎn)

宇宙中有一類不起眼的特殊天體，這種天體質(zhì)量范圍在最重的氣態(tài)巨行星和最輕的恒星之間，約為13至80倍木星質(zhì)量。由于質(zhì)量較低，這類天體不足以發(fā)生氫氦核聚變（可以發(fā)生氘核、氚核聚變和鋰核聚變，但不能引發(fā)氕氕聚變），因此它們不能算作真正意義上的恒星，這種亞恒星天體稱為失敗的恒星。1975年美國(guó)天文學(xué)家吉爾·塔特（Jill Tarter）提出將這類天體稱為褐矮星，現(xiàn)已成為這類天體公認(rèn)的名稱。值得注意的是，低于此質(zhì)量范圍且不圍繞任何天體運(yùn)行的天體類型被稱為亞褐矮星，有時(shí)也稱為流浪行星。

褐矮星藝術(shù)概念圖（圖片來源于NASA）

褐矮星的發(fā)現(xiàn)過程十分漫長(zhǎng)曲折，因?yàn)楹职橇炼鹊?、不易觀測(cè)的特點(diǎn)，使得它在很長(zhǎng)一段時(shí)間里只是存在于理論中的天體類型，沒有人能回答這種天體是否真的存在。1963年，美國(guó)天文學(xué)家希夫·庫(kù)瑪爾（Shiv S. Kumar）首次在理論上預(yù)測(cè)了褐矮星的存在。隨后，在漫長(zhǎng)的三十多年時(shí)間里，許多天文學(xué)家進(jìn)行無數(shù)次搜尋，結(jié)果一無所獲，褐矮星仿佛與天文學(xué)家們捉迷藏一般，深深隱藏在宇宙中。轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在1995年，這一年在英國(guó)劍橋大學(xué)召開的冷恒星、恒星系統(tǒng)和太陽(yáng)研討會(huì)上，一組天文學(xué)家宣布，他們發(fā)現(xiàn)了褐矮星Gliese 229B，其光譜中含有甲烷和鋰，表面溫度低于1000 K，質(zhì)量是木星的20到50倍，這些特征表明它不是一顆恒星，結(jié)合Gliese 229B的種種特點(diǎn)，該天體被認(rèn)為是最早發(fā)現(xiàn)的褐矮星之一（另一組天文學(xué)家?guī)缀跬瑫r(shí)發(fā)現(xiàn)了另一顆褐矮星Taide 1），相關(guān)論文于同年11月底和12月初相繼發(fā)表在Nature和Science。1995年仿佛是打開褐矮星藏身大門的一年，隨后的許多年里，隨著巡天設(shè)施的進(jìn)步，世界范圍內(nèi)多臺(tái)望遠(yuǎn)鏡開始搜尋褐矮星，更多褐矮星陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)，人們逐漸意識(shí)到這類天體或許并不稀有。

帕洛瑪山天文臺(tái)和哈勃空間望遠(yuǎn)鏡對(duì)GL229B的分別成像（圖片來源于NASA）

我們常見恒星的光譜型是O、B、A、F、G、K、M，當(dāng)發(fā)現(xiàn)了溫度更低的恒星和褐矮星之后，天文學(xué)家將光譜型往低溫區(qū)進(jìn)行了擴(kuò)展，增加了L、T、Y三類光譜型。擴(kuò)展后的光譜型中，部分晚型M、大部分L、全部T和已發(fā)現(xiàn)的全部Y型矮星屬于褐矮星。M型褐矮星和L型褐矮星表面溫度相對(duì)較高，它們的光譜接近M型恒星；T型褐矮星表面溫度相對(duì)適中，其光譜類似于巨行星；Y型褐矮星表面溫度相對(duì)最低，是已知最冷光譜型的褐矮星。

恒星、紅矮星、褐矮星、行星對(duì)比圖（圖片來源于wikipedia）

褐矮星的發(fā)現(xiàn)讓人們意識(shí)到宇宙的復(fù)雜性，對(duì)褐矮星的研究有助于了解宇宙演化、恒星形成等等。但是褐矮星的形成機(jī)制、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和物理特性等方面仍然充滿謎團(tuán)，還需要科學(xué)家們投入更多的精力進(jìn)行研究。

參考資料

（1）琳達(dá)·施韋策著，屈艷譯，宇宙百年探險(xiǎn)：天文學(xué)家如何改變了我們的認(rèn)知，中國(guó)廣播影視出版社，2022.5

（2）張長(zhǎng)喜，探尋褐矮星，天文愛好者，2021年第7期

（3）Grady Robbins等，CWISE J105512.11+544328.3:A Nearby Y Dwarf Spectroscopically Confirmed with Keck/NIRES,The Astrophysical Journal,2023.11

（4）S. K. Leggett et al.，The First Y Dwarf Data From JWST Show That Dynamic and Diabatic Processes Regulate Cold Brown Dwarf Atmospheres，The Astrophysical Journal,2023.12

（5）What is a brown dwarf?，NASA Star Child，https://starchild.gsfc.nasa.gov/docs/StarChild/questions/question62.html

（6）王有芬,邵正義.褐矮星的觀測(cè)特征和搜尋[J].天文學(xué)進(jìn)展,2013(1):17-36

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